Caractérisation isotopique des eaux de surface

La composition isotopique des nitrates d’une sélection d’échantillons du Laudon (n=21) et du Gabas (n=10) ont été mesurées. Les échantillons du Laudon ont été sélectionnés en fonction des différentes conditions hydrologiques (crues et basses eaux) mais aussi pour être représentatifs de la large gamme de concentrations en nitrates mesurées dans ses eaux. Afin de pouvoir comparer les deux cours d’eau entre eux, les échantillons du Gabas de certaines de ces dates ont été analysés. Les eaux des drains et fossés ont également été sélectionnées pour être représentatives de la gamme de concentrations en nitrates rencontrées localement.

[NO3] vs δ15N

La Figure 3-13 présente les δ15N des nitrates en fonction de leurs concentrations des échantillons cités ci-dessus ainsi que celles de la pluie et des eaux usées (STEP et drain domestique).

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Figure 3-13 : Concentrations en nitrate et compositions isotopiques de l’azote 15 des nitrates des échantillons du compartiment de surface ainsi que des pôles et processus responsables des signatures isotopiques des nitrates (les figurés vides correspondent aux échantillons en période de crue).

Les échantillons du Laudon montrent des compositions isotopiques entre 7.4 et 14.7 ‰ (± 0.9 ‰) pour des concentrations allant de 12 à 39 mg/L (Figure 3-13). Néanmoins, on peut observer que les δ¹⁵N les plus faibles sont observées pour les échantillons du 30/04/12 (9.1 ‰), 16/01/13 11h (8.1 ‰) et 16/01/13 22h (7.4 ‰), qui correspondent à des périodes de crues du ruisseau. Ces observations confirment ce qui a été mis en évidence précédemment, à savoir un comportement particulier en ce qui concerne les eaux du Laudon en période de crues avec des nitrates d’origines potentiellement différentes.

Pour le Gabas, les δ15N ne présentent pas de valeurs aussi basses que sur Laudon, puisqu’elles sont comprises entre 9.3 et 15.3 ‰ (± 0.4 ‰) pour des concentrations allant de 13 à 45 mg/L (Figure 3-13). Les concentrations les plus faibles sont associées aux δ15N les plus élevés et inversement. Ainsi, l’échantillon du 12/08/11 présente la concentration la plus faible (13 mg/L) en nitrate mais aussi le δ15N le plus enrichi (15.3‰) et inversement pour l’échantillon du Laudon en crue du 05/01/12 (45 mg/L et 9.3 ‰). La diminution des concentrations en nitrate quand elle s’accompagne de l’enrichissement en 15N peut être due à des phénomènes

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de mélanges de pôles dont les contributions respectives évoluent au cours du temps, mais également au processus de dénitrification.

δ¹⁵N vs δ¹⁸O

Le δ18O des nitrates de l’ensemble de ces échantillons ont été mesurés et sont présentés sur la Figure 3-14 en fonction du δ¹⁵N.

Figure 3-14 : Compositions isotopique de l’azote et de l’oxygène des nitrates des eaux du compartiment de surface et valeurs attendues, issues de la littérature, pour les différents pôles

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L’ensemble des échantillons du compartiment de surface est caractérisé par des δ18O supérieurs aux 4‰ attendus pour des nitrates issus d’une « simple » nitrification mis à part pour un échantillon du Gabas du 05/01/12 qui correspond à une crue.

L’enrichissement couplé du δ¹⁵N et du δ¹⁸O témoigne de l’existence de processus de dénitrification plus ou moins poussés selon les périodes considérées et les différents échantillons. Les compositions isotopiques les plus enrichies sont mesurées sur l’échantillon du 19/01/12 du Drain 1.

Aucun prélèvement ne met en évidence la contribution directe d’engrais de type NO3 (δ15N ≈ 0±5‰) dans les cours d’eau. Cependant, il faut noter qu’aucun prélèvement n’a pu être réalisé dans des conditions optimales pour la mise en évidence de telles contributions. En effet, aucun échantillon ne correspond à une crue survenant juste après l’apport d’engrais. S’il existait, un tel apport serait probablement ponctuel dans l’espace et le temps et ne semble pas affecter la qualité des eaux de surface de façon conséquente. Les compositions isotopiques les moins enrichies semblent indiquer une origine organique des nitrates par nitrification de fumiers (lisiers) ou eaux usées domestiques ou animales suivis par des processus de dénitrification plus ou moins poussés.

Si l’on recentre le graphique autour des échantillons du Gabas et du Laudon (Figure 3-15) on constate une distribution particulière des échantillons du Gabas et du Laudon entre des périodes de basses eaux, caractérisées par des δ¹⁵N ≥ 11‰ et δ¹⁸O ≥ 8‰ et les échantillons de crues (figurés vides), caractérisés par des δ¹⁵N ≤ 12‰ et δ¹⁸O ≤ 7‰. Les deux cours d’eau présentent la même tendance.

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Figure 3-15 : Compositions isotopique de l’azote et de l’oxygène des nitrates des eaux du Gabas et du Laudon ainsi que les tendances attendues dans le cas de dénitrification et de nitrification.

Les figurés vides correspondent aux périodes de crues.

Cette répartition des différents échantillons en fonction du régime hydrologique peut s’expliquer par un changement de contribution des pôles alimentant le Laudon et le Gabas. En période de basses eaux, les cours d’eau sont alimentés par un réservoir dont les eaux sont fortement dénitrifiées tandis que pendant les périodes de hautes eaux, le réservoir apportant les nitrates est moins impacté par ce processus de dénitrification. Ces observations ne traduisent pas de simples phénomènes de dilution puisqu’aucune tendance reliant les concentrations en nitrates aux débits des rivières n’a été observée (Figure 3-13).

Les compositions isotopiques des nitrates des eaux de surface semblent toutes indiquer une origine organique de ces nitrates avec des variations des contributions des pôles et des processus de dénitrification fortement dépendants des conditions hydrodynamiques.

Cependant il n’est pas possible de distinguer une origine humaine d’une origine animale avec l’utilisation seule des isotopes des nitrates car ces deux sources sont caractérisées par les mêmes valeurs de δ15N et de δ18O.

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La composition isotopique du bore a été mesurée sur une sélection de certains échantillons du compartiment de surface. Le choix s’est fait sur la base des concentrations en nitrates et des conditions hydrodynamiques.